Какие свойства неорганических веществ
Неорганическая химия — раздел химии, изучающий строение и химические свойства неорганических веществ.
Среди простых веществ выделяют металлы и неметаллы. Среди сложных: оксиды, основания, кислоты и соли.
Классификация неорганических веществ построена следующим образом:
Большинство химических свойств мы изучим по мере продвижения по периодической таблице Д.И. Менделеева. В
этой статье мне хотелось бы подчеркнуть ряд принципиальных деталей, которые помогут в дальнейшем при изучении
химии.
Оксиды
Все оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие имеют соответствующие им основания и кислоты
(в той же степени окисления (СО)!) и охотно вступают в реакции солеобразования. К ним относятся, например:
- CuO — соответствует основанию Cu(OH)2
- Li2O — соответствует основанию LiOH
- FeO — соответствует основанию Fe(OH)2 (сохраняем ту же СО = +2)
- Fe2O3 — соответствует основанию Fe(OH)3 (сохраняем ту же СО = +3)
- P2O5 — соответствует кислоты H3PO4
Солеобразующие оксиды, в свою очередь, делятся на основные, амфотерные и кислотные.
- Основные
- Амфотерные (греч. ἀμφότεροι — двойственный)
- Кислотные
- SO2 — H2SO3
- SO3 — H2SO4
- P2O5 — H3PO4
- N2O5 — HNO3
- NO2 — HNO2, HNO3
Основным оксидам соответствуют основания в той же СО. В химических реакциях основные оксиды проявляют основные свойства, образуются
исключительно металлами. Примеры: Li2O, Na2O, K2O, Rb2O CaO, FeO, CrO, MnO.
Основные оксиды взаимодействуют с водой с образованием соответствующего основания (реакцию идет, если основание растворимо) и с кислотными
оксидами и кислотами с образованием солей. Между собой основные оксиды не взаимодействуют.
Li2O + H2O → LiOH (основный оксид + вода → основание)
Li2O + P2O5 → Li3PO4 (осн. оксид + кисл. оксид = соль)
Li2O + H3PO4 → Li3PO4 + H2O (осн. оксид + кислота = соль + вода)
Здесь не происходит окисления/восстановления, поэтому сохраняйте исходные степени окисления атомов.
Эти оксиды действительно имеют двойственный характер: они проявляют как кислотные, так и основные свойства. Примеры: BeO, ZnO, Al2O3,
Fe2O3, Cr2O3, MnO2, PbO, PbO2, Ga2O3.
С водой они не взаимодействуют, так как продукт реакции, основание, получается нерастворимым. Амфотерные оксиды реагируют как с кислотами и
кислотными оксидами, так и с основаниями и основными оксидами.
Fe2O3 + K2O → (t) KFeO2 (амф. оксид + осн. оксид = соль)
ZnO + KOH → K2[Zn(OH)4] (амф. оксид + основание = комплексная соль)
ZnO + N2O5 → Zn(NO3)2 (амф. оксид + кисл. оксид = соль; СО азота сохраняется в ходе реакции)
Fe2O3 + HCl → FeCl3 + H2O (амф. оксид + кислота = соль + вода; обратите внимание на то, что
СО Fe = +3 не меняется в ходе реакции)
Проявляют в ходе химических реакций кислотные свойства. Образованы металлами и неметаллами, чаще всего в высокой СО. Примеры: SO2,
SO3, P2O5, N2O3, NO2, N2O5, SiO2,
MnO3, Mn2O7.
Каждому кислотному оксиду соответствует своя кислота. Это особенно важно помнить при написании продуктов реакции: следует сохранять
степени окисления. Некоторым кислотным оксидам соответствует сразу две кислоты.
Кислотные оксиды вступают в реакцию с основными и амфотерными, реагируют с основаниями. Реакции между кислотными оксидами не характерны.
SO2 + Na2O → Na2SO3 (кисл. оксид + осн. оксид = соль; сохраняем СО S = +4)
SO3 + Li2O → Li2SO4 (кисл. оксид + осн. оксид = соль; сохраняем СО S = +6)
P2O5 + NaOH → Na3PO4 + H2O (кисл. оксид + основание = соль + вода)
При реакции с водой кислотный оксид превращается в соответствующую ему кислоту. Исключение SiO2 — не реагирует с водой,
так как продукт реакции — H2SiO3 является нерастворимой кислотой.
Mn2O7 + H2O → HMnO4 (сохраняем СО марганца +7)
SO3 + H2O → H2SO4 (сохраняем СО серы +6)
SO2 + H2O → H2SO3 (сохраняем СО серы +4)
Несолеобразующие оксиды — оксиды неметаллов, которые не имеют соответствующих им гидроксидов и не вступают в реакции солеобразования.
К таким оксидам относят:
- CO
- N2O
- NO
- SiO
- S2O
Реакции несолеобразующих оксидов с основаниями, кислотами и солеобразующими оксидов редки и не приводят к образованию солей.
Некоторые из несолеобразующих оксидов используют в качестве восстановителей:
FeO + CO → Fe + CO2 (восстановление железа из его оксида)
Основания
Основания — химические соединения, обычно характеризуются диссоциацией в водном растворе с образованием гидроксид-анионов.
Растворимые основания называются щелочами: NaOH, LiOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2.
Гидроксиды щелочных металлов (Ia группа) называются едкими: едкий натр — NaOH, едкое кали — KOH.
Основания классифицируются по количеству гидроксид-ионов в молекуле на одно-, двух- и трехкислотные.
Так же, как и оксиды, основания различаются по свойствам. Все основания хорошо реагируют с кислотами, даже нерастворимые основания
способны растворяться в кислотах. Также нерастворимые основания при нагревании легко разлагаются на воду и соответствующий оксид.
NaOH + HCl → NaCl + H2O (основание + кислота = соль + вода — реакция нейтрализации)
Mg(OH)2 → (t) MgO + H2O (при нагревании нерастворимые основания легко разлагаются)
Если в ходе реакции основания с солью выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода), то такая реакция идет.
Нерастворимые основания с солями почти не реагируют.
Ba(OH)2 + NH4Cl → BaCl2 + NH3 + H2O (в ходе реакции образуется нестойкое основание NH4OH,
которое распадается на NH3 и H2O)
LiOH + MgCl2 → LiCl2 + Mg(OH)2↓
KOH + BaCl2 ↛ реакция не идет, так как в продуктах нет газа/осадка/слабого электролита (воды)
В растворах щелочей pH > 7, поэтому лакмус окрашивает их в синий цвет.
Амфотерные оксиды соответствуют амфотерным гидроксидам. Их свойства такие же двойственные: они реагирую как с кислотами — с образованием соли
и воды, так и с основаниями — с образованием комплексных солей.
Al(OH)3 + HCl → AlCl3 + H2O (амф. гидроксид + кислота = соль + вода)
Al(OH)3 + KOH → K[Al(OH)4] (амф. гидроксид + основание = комплексная соль)
При нагревании до высоких температур комплексные соли не образуются.
Al(OH)3 + KOH → (t) KAlO2 + H2O (амф. гидроксид + основание = (прокаливание) соль + вода — при высоких
температурах вода испаряется, и комплексная соль образоваться не может)
Кислоты
Кислота — химическое соединение обычно кислого вкуса, содержащее водород, способный замещаться металлом при образовании соли. По классификации
кислоты подразделяются на одно-, двух- и трехосновные.
Кислоты отлично реагируют с основными оксидами, основаниями, растворяя даже те, которые выпали в осадок (реакция нейтрализации). Также кислоты способны вступать в реакцию
с теми металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода (то есть способны вытеснить его из кислоты).
H3PO4 + LiOH → Li3PO4 + H2O (кислота + основание = соль + вода — реакция нейтрализации)
Zn + HCl → ZnCl2 + H2↑ (реакция идет, так как цинк стоил в ряду активности левее водорода и способен вытеснить его из кислоты)
Cu + HCl ↛ (реакция не идет, так как медь расположена в ряду активности правее водорода, менее активна и не способна вытеснить его из кислоты)
Существуют нестойкие кислоты, которые в водном растворе разлагаются на кислотный оксид (газ) и воду — угольная и сернистая кислоты:
- H2CO3 → H2O + CO2↑
- H2SO3 → H2O + SO2↑
Записать эти кислоты в растворе в виде «H2CO3 или H2SO3» — будет считаться ошибкой. Пишите угольную
и сернистую кислоты в разложившемся виде — виде газа и воды.
Все кислоты подразделяются на сильные и слабые. Напомню, что мы составили подробную таблицу сильных и слабых кислот (и оснований!) в теме гидролиз.
В реакции из сильной кислоты (соляной) можно получить более слабую, например, сероводородную или угольную кислоту.
Однако невозможно (и противоречит законам логики) получить из более слабой кислоты сильную, например из уксусной — серную кислоту. Природу не
обманешь 🙂
K2S + HCl → H2S + KCl (из сильной — соляной кислоты — получили более слабую — сероводородную)
K2SO4 + CH3COOH ↛ (реакция не идет, так как из слабой кислоты нельзя получить сильную: из уксусной — серную)
Подчеркну важную деталь: гидроксиды это не только привычные нам NaOH, Ca(OH)2 и т.д., некоторые кислоты также считаются кислотными
гидроксидами, например серная кислота — H2SO4. С полным правом ее можно записать как кислотный гидроксид: SO2(OH)2
В завершении подтемы кислот предлагаю вам вспомнить названия основных кислот и их кислотных остатков.
Соли
Соль — ионное соединение, образующееся вместе с водой при нейтрализации кислоты основанием (не единственный способ). Водород кислоты замещается
металлом или ионом аммония (NH4). Наиболее известной солью является поваренная соль — NaCl.
По классификации соли бывают:
- Средние — продукт полного замещения атомов водорода в кислоте на металл: KNO3, NaCl, BaSO4, Li3PO4
- Кислые — продукт неполного замещения атомов водорода: LiHSO4, NaH2PO4 и Na2HPO4 (гидросульфат
лития, дигидрофосфат и гидрофосфат натрия) - Основные — продукт неполного замещения гидроксогрупп на кислотный остаток: CrOHCl (хлорид гидроксохрома II)
- Двойные — содержат два разных металла и один кислотный остаток (NaCr(SO4)2)
- Смешанные — содержат один металл и два кислотных остатка MgClBr (хлорид-бромид магния
- Комплексные — содержат комплексный катион или анион — атом металла, связанный с несколькими лигандами: Na[Cr(OH)4]
(тетрагидроксохромат натрия)
Растворы или расплавы солей могут вступать в реакцию с металлом, который расположен левее металла, входящего в состав соли. В этом случае более
активный металл вытеснит менее активный из раствора соли. Например, железо способно вытеснить медь из ее солей:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu (железо стоит левее меди в ряду активности и способно вытеснить медь из ее солей)
Замечу важную деталь: исход реакции основание + кислота иногда определяет соотношение. Запомните, что если двух- или трехосновная кислота дана в
избытке — получается кислая соль, если же в избытке дано основание — средняя соль.
NaOH + H2SO4 → NaHSO4 (кислота дана в избытке)
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O (основание дано в избытке)
Если в ходе реакции соли с кислотой, основанием или другой солью выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода),
то такая реакция идет. Кислую соль также можно получить в реакции соли с соответствующей двух-, трехосновной кислотой.
Na2CO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2↑ (сильная кислота — соляная, вытесняет слабую — угольную)
MgCl2 + LiOH → Mg(OH)2↓ + LiCl
K2SO4 + H2SO4 → KHSO4 (средняя соль + кислота = кислая соль)
Чтобы сделать из кислой соли — среднюю соль, нужно добавить соответствующее основание:
KHSO4 + KOH → K2SO4 + H2O (кислая соль + основание = средняя соль)
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Ежедневно человек взаимодействует с большим количеством предметов. Они изготовлены из разных материалов, имеют свою структуру и состав. Все, что окружает человека можно разделить на органическое и неорганическое. В статье рассмотрим, что представляют собой такие вещества, приведем примеры. Также определим, какие встречаются неорганические вещества в биологии.
Описание
Неорганическими называются такие вещества, в составе которых нет углерода. Они противоположны органическим. Также к этой группе относят несколько углеродосодержащих соединений, например:
- цианиды;
- оксиды углерода;
- карбонаты;
- карбиды и другие.
Примеры неорганических веществ:
- вода;
- разные кислоты (соляная, азотная, серная);
- соль;
- аммиак;
- углекислый газ;
- металлы и неметаллы.
Неорганическая группа отличается отсутствием углеродного скелета, который характерен для органических веществ. Неорганические вещества по составу принято делить на простые и сложные. Простые вещества составляют немногочисленную группу. Всего их насчитывается примерно 400.
Простые неорганические соединения: металлы
Металлы – простые вещества, соединение атомов которых основывается на металлической связи. Эти элементы имеют характерные металлические свойства: теплопроводность, электропроводность, пластичность, блеск и другие. Всего в этой группе выделяют 96 элементов. К ним относятся:
- щелочные металлы: литий, натрий, калий;
- щелочноземельные металлы: магний, стронций, кальций;
- переходные металлы: медь, серебро, золото;
- легкие металлы: алюминий, олово, свинец;
- полуметаллы: полоний, московий, нихоний;
- лантаноиды и лантан: скандий, иттрий;
- актиноиды и актиний: уран, нептуний, плутоний.
В основном в природе металлы встречаются в виде руды и соединений. Чтобы получить чистый металл без примесей, проводится его очистка. При необходимости возможно проведение легирования или другой обработки. Этим занимается специальная наука – металлургия. Она подразделяется на черную и цветную.
Простые неорганические соединения: неметаллы
Неметаллы – химические элементы, которые не обладают металлическими свойствами. Примеры неорганических веществ:
- вода;
- азот;
- сера;
- кислород и другие.
Неметаллы отличаются большим числом электронов на внешнем энергетическом уровне их атома. Это обуславливает некоторые свойства: повышается способность присоединять дополнительные электроны, проявляется более высокая окислительная активность.
В природе можно встретить неметаллы в свободном состоянии: кислород, хлор, фтор, водород. А также твердые формы: йод, фосфор, кремний, селен.
Некоторые неметаллы имеют отличительное свойство – аллотропию. То есть они могут существовать в различных модификациях и формах. Например:
- газообразный кислород имеет модификации: кислород и озон;
- твердый углерод может существовать в таких формах: алмаз, графит, стеклоуглерод и другие.
Сложные неорганические соединения
Эта группа веществ более многочисленна. Сложные соединения отличаются наличием в составе вещества нескольких химических элементов.
Рассмотрим подробнее сложные неорганические вещества. Примеры и классификация их представлены ниже в статье.
1. Оксиды – соединения, одним их элементов которых является кислород. В группу входят:
- несолеобразующие (например, монооксид углерода, оксид азота);
- солеобразующие оксиды (например, оксид натрия, оксид цинка).
2. Кислоты – вещества, в состав которых входят ионы водорода и кислотные остатки. Например, азотная кислота, серная кислота, сероводород.
3. Гидроксиды – соединения, в составе которых присутствует группа –ОН. Классификация:
- основания – растворимые и нерастворимые щелочи – гидроксид меди, гидроксид натрия;
- кислородосодержащие кислоты – диводород триоксокарбонат, водород триоксонитрат;
- амфотерные – гидроксид хрома, гидроксид меди.
4. Соли – вещества, в составе которых есть ионы металла и кислотные остатки. Классификация:
- средние: хлорид натрия, сульфид железа;
- кислые: гидрокарбонат натрия, гидросульфаты;
- основные: нитрат дигидроксохрома, нитрат гидроксохрома;
- комплексные: тетрагидроксоцинкат натрия, тетрахлороплатинат калия;
- двойные: алюмокалиевые квасцы;
- смешанные: сульфат алюминия калия, хлорид меди калия.
5. Бинарные соединения – вещества, состоящие из двух химических элементов:
- бескислородные кислоты;
- бескислородные соли и другие.
Неорганические соединения, содержащие углерод
Такие вещества традиционно относятся к группе неорганических. Примеры веществ:
- Карбонаты — эфиры и соли угольной кислоты – кальцит, доломит.
- Карбиды – соединения неметаллов и металлов с углеродом – карбид бериллия, карбид кальция.
- Цианиды – соли цианистоводородной кислоты – цианид натрия.
- Оксиды углерода – бинарное соединение углерода и кислорода – угарный и углекислый газы.
- Цианаты – являются производными от циановой кислоты – фульминовая кислота, изоциановая кислота.
- Карбонильные металлы – комплекс металла и монооксида углерода – карбонил никеля.
Свойства неорганических веществ
Все рассмотренные вещества отличаются индивидуальными химическими и физическими свойствами. В общем виде можно выделить отличительные черты каждого класса неорганических веществ:
1. Простые металлы:
- высокая тепло- и электропроводность;
- металлический блеск;
- отсутствие прозрачности;
- прочность и пластичность;
- при комнатной температуре сохраняют твердость и форму (кроме ртути).
2. Простые неметаллы:
- простые неметаллы могут быть в газообразном состоянии: водород, кислород, хлор;
- в жидком состоянии встречается бром;
- твердые неметаллы имеют немолекулярное состояние и могут образовывать кристаллы: алмаз, кремний, графит.
3. Сложные вещества:
- оксиды: вступают в реакцию с водой, кислотами и кислотными оксидами;
- кислоты: вступают в реакцию с водой, основными оксидами и щелочами;
- амфотерные оксиды: могут вступать в реакции с кислотными оксидами и основаниями;
- гидроксиды: растворяются в воде, имеют широкий диапазон температур плавления, могут менять цвет при взаимодействии с щелочами.
Органические и неорганические вещества клетки
Клетка любого живого организма состоит из множества компонентов. Некоторыми из них являются неорганические соединения:
- Вода. Например, количество воды в клетке составляет от 65 до 95%. Она необходима для осуществления химических реакций, перемещения компонентов, процесса терморегуляции. Также именно вода определяет объем клетки и степень ее упругости.
- Минеральные соли. Могут присутствовать в организме как в растворенном виде, так и в нерастворенном. Важную роль в процессах клетки играют катионы: калий, натрий, кальций, магний — и анионы: хлор, гидрокарбонаты, суперфосфат. Минералы необходимы для поддержания осмотического равновесия, регуляции биохимических и физических процессов, образования нервных импульсов, поддержания уровня свертываемости крови и многих других реакций.
Для поддержания жизнедеятельности важны не только неорганические вещества клетки. Органические компоненты занимают 20-30 % ее объема.
Классификация:
- простые органические вещества: глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты;
- сложные органические вещества: белки, нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды.
Органические компоненты необходимы для выполнения защитной, энергетической функции клетки, они служат источником энергии для клеточной активности и запасают питательные вещества, проводят синтез белков, передают наследственную информацию.
В статье были рассмотрены сущность и примеры неорганических веществ, их роль в составе клетки. Можно сказать, что существование живых организмов было бы невозможным без групп органических и неорганических соединений. Они важны в каждой сфере человеческой жизни, а также в существовании каждого организма.